在食品存儲倉庫、現代農業生產基地、電站設備機房等場所，溫濕度記錄儀是必不可少的環境檢測設備。但是記錄儀在倉庫等場所，其工作狀態或查詢數據記錄，工作人員必須到達現場，工作量大。目前市場上有GSM短信報警功能的記錄儀，但是在GSM無線信號覆蓋較差的場所使用效果不好，而且GSM無線信號易受干擾。本文設計的溫濕度記錄儀具有有線電話接口，受電磁環境因素影響小、穩定性好，而且相比GSM方式資費便宜，具有廣闊的市場前景。

本文設計的記錄儀不僅能在液晶屏上查詢數據，而且能使用電話遠程查詢溫濕度數據。本記錄儀需要占用一個電話號碼，檢測到來電振鈴信號后自動摘機，工作人員在語音提示下通過電話鍵盤輸入密碼，驗證通過后可以查詢記錄儀的工作狀態和溫濕度數據，數據記錄的語音通過電話線路播報。如果密碼三次輸入不正確，或者在語音提示后長時間沒有輸入密碼，記錄儀將強制掛機。還可以設置好報警電話號碼以及報警溫濕度值，當環境的溫濕度值超標時，記錄儀就會自動摘機并撥打報警電話號碼進行報警。

1、 系統總體方案設計

本系統采用雙音多頻信號(DTMF)進行通信，實現遠程控制，系統主要由溫濕度采集、存儲電路、電話接口、振鈴檢測、忙音檢測、DTMF接收及發送、語音模塊、控制單元、電源電路及LCD顯示等單元電路組成，如圖1所示。本系統使用TI的MSP430F149單片機作為控制核心，它具有體積小、低功耗、能夠串行在線編程等特性，具備60KB+256字節 Flash、2KB RAM、多個16位定時器、12位A/D轉換器等功能模塊，本機密碼和報警電話號碼存儲在單片機的Flash中，修改方便，可靠性高。

溫濕度數據存儲選用Atmel公司的E2PROM存儲芯片AT24C256實現，它具有32KB存儲容量，I2C數據接口，由于單片機本身不具備I2C接口，故采用由兩個普通I/O口模擬I2C總線方式。

2 、硬件電路設計

2.1 電話接口電路

電話接口電路如圖2所示。電路模擬摘掛機通過繼電器控制電流源的通斷來實現，繼電器K1選用松下公司的雙刀雙擲DS2Y-S-DC5V繼電器。在電話信令中交換機根據電話線路上的直流電流來判斷用戶的摘掛機狀態。掛機時，電話線路饋電電壓48V，線路上沒有直流電流，摘機后，電話線路直流回路接通，電壓降到8V，直流電流約30mA。單片機通過端口P11控制三極管V7的通斷，從而控制繼電器K1的通斷來控制電路中的電流，模擬摘掛機動作。當P11為低電平時，三極管V7截止，繼電器K1將電話線路與電流源斷開，電流比較小，處于掛機狀態;當P11為高電平，V7導通，繼電器K1將電話線路與電流源接通，此時V4和V5組成的電流源將提供30mA左右的電流，相當于電話摘機，交換機會接通話路。使用恒流源可以保證電路具有較小的直流阻抗(600Ω)。在電話線之間跨接避雷器TISP4350，以達到抗雷擊保護的作用。

為了實現在電話線路上播報溫濕度值的語音，語音模塊輸出的音頻信號AUDIO通過電阻R1后由變壓器T1將語音信號耦合到電話線路上。

2.2 振鈴檢測電路

待機狀態下，電話線路上只有48V饋電電壓，當有用戶呼叫本機時，交換機向話機發送振鈴信號疊加在48V直流上，振鈴是頻率為25Hz±3Hz的正弦波，電壓有效值90V±15V。振鈴以5s為周期，1s通、4s斷。振鈴檢測電路見圖2的N1部分，有呼叫時，振鈴信號疊加在48V直流上經過電容C2后只有交流振鈴信號，經過整流二極管V1、V2，光耦N1，三極管V3，檢測信號輸入到單片機端口P10，沒有振鈴時P10為高電平，有振鈴時，P10為持續1s的連續脈沖信號，單片機根據此特點，即可實現對振鈴的檢測。同時，在軟件部分進行振鈴次數的檢測，達到一定次數后再摘機，避免誤檢測，從而提高系統的穩定性。

2.3 雙音多頻信號收發電路

電話查詢記錄儀工作狀態和溫濕度數據時，記錄儀接收到的密碼、指令都是DTMF信號，本設計選用OKI公司的芯片ML7005實現對DTMF信號的檢測解碼，見圖3。此款芯片能夠對DTMF信號、忙音信號、傳真信號進行辨識，而且可以發送這三種信號。電話線上的DTMF信號經變壓器耦合輸出的RXD進入芯片ML7005，解碼數據由ML7005的D1~D4輸出，送單片機進行識別和處理。

若記錄儀設置了報警電話號碼和報警溫濕度值，當環境溫濕度超標時，記錄儀自動摘機并撥打報警電話，單片機讀取Flash中的報警電話號碼，ML7005將數據總線D1~D4上的二進制碼鎖存，產生的DTMF信號TXD經變壓器耦合到電話線路上，實現DTMF撥號。

2.4 忙音檢測

通話過程中一方掛機后，交換機會向另一方發送忙音信號。這就要求在后端查詢者掛機后，記錄儀能檢測出忙音并自動掛機。忙音信號頻率為450±25Hz，電平為-10±3dBm，它是0.7s斷續的信號音，即0.35s送，0.35s斷。本文采用ML7005檢測忙音信號，電話線上的忙音信號經變壓器耦合輸出RXD進入芯片后，CP端輸出高低電平信號，利用單片機I/O口的中斷功能，即可實現對忙音的檢測。在軟件部分進行忙音次數的檢測，達到一定次數的忙音后再掛機，避免誤檢測，從而提高系統的穩定性。

2.5 隔離電路

電話線上的信號是一種懸浮信號，電話使用的是懸浮地，因此電話信號一旦與其它的地連接，由于其地端參考點不同，信號會被迅速衰減，就無法得到正確的信號，系統就不能正常工作。本文采用兩種隔離方法實現電話接口電路與其它電路的隔離，一是采用變壓器隔離，將信號音檢測發送、語音模塊電路與電話線進行隔離。另一種是用光電耦合器4N35進行隔離，在振鈴信號檢測時，實現電話線與單片機電路的隔離。

2.6 語音播放電路

記錄儀發送的電話語音提示和溫濕度的語音播報由語音模塊實現，選用PM66128智能語音模塊，它是一個整合了錄放音電路、快閃存儲、ADPCM編解碼器、功率放大器、穩壓器等電路的全功能錄放系統。使用PM66編程軟件能夠將wav格式音頻文件加載到語音模塊，音頻采樣率為8K時可錄制40分鐘的語音。PM66128與單片機的通信通過3根信號線實現，分別是DATA數據、CLK時鐘、BUSY忙信號輸出，放音時單片機直接送入要放音的段地址即可播放，結束時忙信號輸出拉低，單片機可以再發送下一段語音地址進行播放。

2.7 溫度、濕度采集電路

溫度采集選用NXP公司的數字溫度傳感器芯片LM75A，它是一個高速I2C接口的溫度傳感器，可以在-55℃到 + 125℃的溫度范圍內將溫度直接轉換成數字信號，內部的11位ADC提供溫度分辨率達0.125℃，該芯片采用小型SOP8封裝，供電電壓是2.8V~5.5V，具有過熱關斷功能，關斷溫度在內部寄存器中設置。MCU可以通過I2C總線直接讀取其內部寄存器中的數據，并可通過I2C對4個數據寄存器進行操作，以設置成不同的工作模式。由于單片機MSP430F149沒有I2C接口，本設計使用兩個普通I/O口模擬I2C總線方式。

溫度采集選用Humirel公司的濕敏電容傳感器HS1101，相對濕度在0%~100%RH范圍內，電容量由162pF變到200pF，其誤差不大于±2%RH;響應時間小于5s;溫度系數為0.04pF/℃，精度滿足使用需求。圖4為HS1101的濕度-電容響應曲線。HS1101在電路中相當于一個電容器件，它的電容量隨著空氣濕度的增大而增大，本文利用振蕩電路將其電容的變化量轉化為頻率可變的方波，再經過整流電路、積分電路和放大電路將脈沖量轉換為0V~3V直流信號，然后利用單片機MSP430F149片內的12位模數轉換器ADC12將直流電壓信號轉換為數字信號，從而實現濕度采集。采集電路將0V~3V直流信號輸入到單片機的ADC12模擬信號采樣輸入端口P60，并在程序中配置控制寄存器ADC12CTL0和ADC12CTL1，設置成使用內部參考電平，轉換模式為單通道單次轉換，在定時器控制下周期性地進行AD采樣，轉換完成后讀取轉換存儲寄存器ADC12MEN0中12位轉換結果，從而實現對濕度信號的采集。

3 、系統軟件設計

軟件設計流程如圖5所示。記錄儀上電初始化完成后周期性地進行環境溫濕度采集，采集數據存儲在AT24C256中，同時監測電話線路有無來電呼叫，在三次振鈴后電話接口電路模擬摘機，對于異常情況，如振鈴只響過一次對方就已經掛機，則不響應。摘機后播放密碼提示音等待用戶輸入密碼，密碼驗證通過記錄儀等待接收查詢命令，解析命令并語音播報溫濕度值及記錄儀工作狀態，同時檢測電話線路上是否有忙音信號或者DTMF掛機命令，若檢測到忙音，則表示對方已掛機則記錄儀也掛機，若檢測到DTMF掛機命令，則表示對方強制記錄儀掛機，掛機后記錄儀返回初始狀態。如果用戶三次密碼輸入錯誤，則認為非法操作并掛機返回初始狀態;在接通電話并輸入密碼正確后超過60s沒有輸入DTMF查詢命令，記錄儀也主動掛機。

記錄儀在進行溫濕度采集時，同時判斷當前值是否超過所設置的報警范圍，若超標則單片機讀取Flash中的報警電話號碼，并摘機撥打該電話，對方接通后記錄儀語音播報當前溫濕度值及報警語音提示，同時檢測電話線路上是否有忙音信號或者DTMF掛機命令，若檢測到忙音或者掛機命令，則記錄儀掛機并返回初始狀態。

4、 結束語

基于電話接口的溫濕度記錄儀只需一根電話線，安裝方便，電路性能穩定，溫濕度測量精度高，能夠通過電話撥號方式實現遠程溫濕度報警和查詢，使用方便，具有良好的應用前景。

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